Введение к работе
Актуальность темы. Карбонаты широко распространены в магматических, метаморфических, гидротермальных и гипергенных минеральных ассоциациях. Изотопный состав углерода в карбонатах существенным образом зависит от изотопного состава углерода в источниках, из которых он поступает в зоны отложения. Кроме того, углерод является легким элементом и при образовании карбонатов возможно заметное фракционирование его изотопов. Все это позволяет использовать изотопный состав углерода в карбонатах как важный геохимический индикатор минералообразующих процессов, протекающих в широком диапазоне температур и давлений.
Цель работы – установление источников углерода, определяющих изотопный состав кальцита, и процессов фракционирования изотопов во время кристаллизации на основе изучения изотопного состава углерода в кальцитах датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района и в карбонатных спелеотемах, образованных в гипергенных условиях.
Задачи исследования:
-
Определение изотопного состава углерода в кристаллах разных генераций кальцита датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района, а также в натечных карбонатных образованиях.
-
Установление природы вариаций изотопного состава углерода в исследуемых объектах.
-
Построение моделей, определяющих состав изотопов углерода в этих объектах.
Фактический материал и методы исследования. Фактической основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором в 2004–2009 гг. при выполнении работ в рамках исследований по государственной теме «Исследование распределения изотопов углерода в природных карбонатных системах с различными совмещенными источниками углерода» (№ 01.2.00702437), а также материалы, переданные автору сотрудниками Института минералогии УрО РАН.
Были изучены разные генерации кальцита из датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района Приморского края, гипергенные натечные карбонаты из пещер Чудесница Пермский край и около г. Дальнегорска. Исследовался техногенный сталагмит из подвала школы в п. Шадейка Пермского края. Определялся изотопный состав углерода в элементах анатомии восьми кристаллов кальцита разной морфологии датолитового месторождения.
Основным методом исследования изотопного состава углерода были измерения изотопных отношений масс-спектрометрическим способом (IRMS). Измерения проводились на масс-спектрометре Deltaplus Advantage фирмы ThermoFinnigan, в лаборатории экспериментальной минералогии и физики минералов Института минералогии УрО РАН. Ошибка измерений изотопных отношений составляла 0.07 , PDB.
Автор участвовал в полевых работах, выполнял отбор образцов, осуществлял подготовку проб к изотопному анализу, принимал участие в измерениях.
Научная новизна. 1. Изучено распределение изотопов углерода в различных генерациях кальцита Дальнегорских полиметаллических и датолитового месторождений. Кальцит Дальнегорского датолитового месторождения и высокотемпературный кальцит кварц-кальцит-полиметаллических руд образуется при разложении волластонита и геденбергита, которое сопровождается интенсивным фракционированием изотопов углерода, благодаря чему кальцит приобретает облегченный изотопный состав. 2. Показано, что изотопный состав углерода низкотемпературных кальцитов этих месторождений формируется из двух источников: углекислоты воздуха, которая растворена в подземных водах, и углекислоты вмещающих известняков. 3. Установлены значимые вариации изотопного состава углерода на разных гранях кристаллов низкотемпературных генераций кальцита Дальнегорских месторождений.
Практическая значимость. Впервые предложена модель изменения изотопного состава углерода при образовании кальцита в процессе образования Дальнегорских полиметаллических и датолитового месторождений. Она может быть использована для оценки физико-химических условий образования сульфидной минерализации на этих и аналогичных месторождениях.
Защищаемые положения:
-
Основная масса кальцита Дальнегорских месторождений образовалась при взаимодействии волластонита с насыщенными углекислотой подземными водами и при замещении геденбергита кварцем и кальцитом.
-
Экспериментально установлено, что в процессе образования кальцита при взаимодействии гидроксида кальция с углекислотой происходит интенсивное обогащение кальцита легким изотопом углерода.
-
Изотопный состав углерода высокотемпературного кальцита кварц-карбонат-полиметаллических месторождений и низкотемпературного кальцита датолитового месторождения обусловлен фракционированием изотопов при минералообразовании.
-
В элементах анатомии кристаллов и в натечных формах кальцита наблюдаются значимые вариации изотопных отношений 13С/12С, обусловленные поступлением углекислоты из разных источников.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 2 работы в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России. Основные защищаемые положения докладывались на 2-х симпозиумах по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (Москва, 2004, 2007), XV Российском совещании по экспериментальной минералогии (Сыктывкар, 2005), 2-х международных студенческих школах «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2005, 2006), научных семинарах «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2007, 2008), XVI Международном совещании «Кристаллохимия и рентгенография минералов» (Миасс, 2007), III съезде Всероссийского масс-спектрометрического общества (Москва, 2007), V Всероссийском совещании «Минералогия Урала» (Миасс, 2007), Международном симпозиуме «Moscow International Symposium on Magnetism» (Москва, 2008), IV Международной конференции «Высокоспиновые молекулы и молекулярные магнетики» (Екатеринбург, 2008), XIV чтения памяти А. Н. Заварицкого «Петрогенезис и рудообразование» (Екатеринбург, 2009).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Содержит 111 страниц текста, 69 рисунков, 6 таблиц. В списке литературы 104 наименования.
